火灾下建筑结构抗火性能和人员疏散研究

火灾下建筑结构抗火性能和人员疏散研究

廖晔

廖晔

永州职业技术学院湖南省永州市422000

摘要：火灾属于一种较为严重的灾害，如果建筑物发生火灾，有可能会导致整个建筑物内人员生命安全受到威胁，给消防救援工作带来一定的危害和困难。消防人员进行人员疏散，需要初步了解建筑结构情况，结合实际情况，及时制定科学可行的人员疏散方案，从而成功将遇灾人员疏散到安全地带，保证人民生命安全。

关键词：火灾；建筑结构；抗火性能；人员疏散；研究

现今社会经济发展迅速，城市人口增长持续，人们对物质文化的需求越来越高，为了节约可利用资源，高层建筑已然成为城市建设的主流，而对大型建筑的防火研究一向是建筑相关工作人员不断跟进的话题，近几年也取得了较为突出的成绩。在设计大型建筑的消防系统时，应优先保证在火灾中人员的人身安全，与此同时减少建筑内火灾的发生，避免发生火灾造成的损失。合理划分防火分区、利用防火设计，一旦发生火灾可以采取有效措施防止火灾大面积的蔓延，组织人员安全疏散，最大限度降低火灾对人们的生命和财产的破坏，切实做到火灾的防护。在钢筋混凝土材料成为建筑物主要支撑结构的今天，对建筑结构防火设计实质就是对钢结构的耐火性能的设计，而这也是一直困扰养建筑和防火相关研究人员的重大难题。

1建筑中各种建筑结构的防火性能分析

1.1建筑墙的防火性能探讨

建筑防火墙是建筑建筑结构防火的最外层结构，对于保证结构内部的安全具有重要的作用。在一些规范条例中，对于防火墙的防火性能有多条标准。首先，防火墙的位置做了一定的限制，即防火墙应直接设置在建筑物的基础或钢筋混凝土框架、梁等承重结构上，并且防火墙应从楼地而基层隔断至顶板底而基层。

1.2建筑顶部防火性能探讨

对于建筑顶部的防火性能，如屋顶、闷顶以及建筑缝隙的防火性能标准在一些规范中都有相关要求。在建筑结构中，大多数的房顶都较高，特别是对一些公共场所，如影院、医院等，这方面的防火条例就相对薄弱，需要进一步的加强。

1.3建筑结构中防火门和防火卷帘防火性能探讨

对于具体的防火性能要做到相当合理才能保证防火工作的彻底。例如，对防火门按其耐火性分为隔热防火门（A类）、部分隔热防火门（B类）和非隔热防火门（C类）。防火卷帘的耐火极限没有等级的分别，要求为不低于3h。

2安全疏散时间合理确定

若建筑物发生火灾，可以快速的将建筑物内的受灾人员进行疏散，使其到达安全区域，这样能够避免火灾导致大量人员伤亡。人员是否能够被疏散到安全区域，取决于遭受火灾的建筑内遇灾人员是否能够在火灾发展到对人员安全构成威胁之前到达安全场地。对此，需要对建筑物火灾对遇灾人员安全构成威胁的时间进行明确，该时间段则为安全疏散时间。遇灾人员可以从着火的建筑物当中疏散出来，该时间为必要安全疏散时间，这两者之间需要达到一定条件，在此基础上才能够对人员进行安全疏散。火灾的大体过程是起火、初期增长、充分发展、火势减弱、熄灭等五个阶段。人员在进行具体疏散过程中，一般需要进行相应的观察，然后为行动做准备，疏散行为，疏散到安全场地等阶段。对此，相应管理人员则可以将疏散时间和必要安全疏散时间两者进行结合。

3建筑结构防火材料研究

分析建筑结构在高温中的反应一般是以热工性能参数和力学性能参数为依据。材料学意义上的热工性能主要指的是热传导系数、比热容和热膨胀系数等，在这其中，热传导系数是基础参数，影响其传导效果的因素有骨料类型、混凝土配合比及温度、混凝土中水分含量等。试验研究证明，材料周围温度与混凝土热传导系数呈反相关系，温度越高，混凝土传导系数越低。而混凝土的膨胀系数与材料骨密度关系密切。

4当前钢构件的耐火保护方式选择

4.1隔热法

隔热法是常规方法，主要就是采用耐高温材料将构件包裹，以达到阻止温度传导的目的。当前市场上流行的耐高温材料主要有轻质耐火混凝土、钢兹网膜耐火砂浆等。

4.2阻热法

阻热法工作原理就是控制火灾生成的热量向构件传导，从理论上看就是使Td≥Tm具体做法是在构件外围的包裹材料上进行特别处理，方向是在构件表而敷设一层导热系数小的保温材料以阻滞热量向构件的传导，从而达到保护作用。

5建筑结构抗火性能和人员疏散两者的关系

结构抗火性能研究以及人员疏散研究，两者存在相同的目的性，也就是在火灾发生过程中，为了能够确保建筑物内部人员的生命安全。但是，人们对两者之间的关系研究还不是十分完善。在火灾下，人们最为关注的问题就是如何尽快进行人员疏散，而在结构抗火性能的具体研究过程中，人们最为关注的问题是结构的临界温度，在特定的火灾场景当中，火灾温度和时间之间存在着一定的函数关系，人们可以结合结构的临界温度，对结构破坏所需要的时间进行计算。

5.1结构破坏影响范围和人员疏散通道之间的关系

建筑结构在火灾当中被破坏的过程是一个逐渐发展的过程，破坏所影响的范围也是不断增大的，结构的破坏对人员的疏散通道带来影响之前，在建筑物当中，人员在疏散过程中，能够对疏散通道进行安全应用，这种情况下，结构火灾下，性能可以对建筑内人员疏散安全提供保障。相反，如果火灾下，结构破坏的范围加大，对人员疏散通道带来影响，导致通道中构件下坠，从而促使疏散通道被堵塞，当通道发生较大变形，甚至倒塌，原有疏散通道线路则会被切断，在相应建筑物当中，剩余的人员很难从建筑物内被安全疏散，这就会导致人员被困，也有可能会导致人员安全受到影响。借助相应时间参数，针对这一情况进行分析，如果结构破坏的范围被火灾扩大到疏散通道的所需时间为t1，而建筑物内部人员通过这一疏散通道的时间为t2。和上述安全疏散时间相似，如果t1比t2大，就证明该建筑结构能够确保疏散通道在具体疏散过程中可以正常使用，如果相反，则证明该建筑结构难以确保火灾下人员安全疏散，这种情况下，工作人员可以适当的调整疏散方案，或者适当的提升建筑结构抗火性能。

5.2结构倒塌时间和人员安全疏散时间的关系

当建筑结构破坏，对人员疏散带来极大的影响，有可能会导致建筑物局部、甚至整体全部倒塌。在这种情况下，结构倒塌的区域内，当建筑物当中人员全部被疏散到安全区域之前，结构倒塌区域不会发生破坏。以某建筑结构为例，该建筑结构的底层位置中柱因为火灾而失效，此后该建筑结构中间两跨可能会出现局部倒塌，在这种情况下结构中间的两跨属于结构倒塌区域，而结构两个边跨属于安全区域。在结构倒塌区域内部，人员被全部疏散到安全区域之前，如果结构出现局部倒塌，则会导致建筑当中人员面临生命危险，但是如果中间两跨内人员全部被疏散到安全区域之前，结构倒塌位置不出现破坏，这种情况下则认为该结构拥有确保人员安全疏散的能力。

借助相应时间参数，对这一情况作出说明，假设在结构火灾当中，倒塌区域被破坏的时间是t3，在该倒塌区域内部，将人员疏散到安全区域内所需要的时间t4。那么t3比t4短，则证明该结构出现倒塌时，在倒塌的区域内，相关人员很难全部安全疏散到安全区域。上述两种关系分别对应结构火灾下发生不同程度的破坏情况，其中第一种关系当中的结构破坏范围相对较小，所影响的区域也较小，因此其比较适合结构出现构件破坏或者小范围局部倒塌的情况中。第二种关系当中，结构破坏的范围相对较大，所影响的区域也相对较大。比较适合应用在大范围局部倒塌，甚至得以整体倒塌带来影响的情况下。对此，建筑结构在火灾下，有可能会被破坏，但是一定要确保其破坏的范围对人员疏散通道的使用不带来影响。对于结构而言，如果在火灾下不发生倒塌，但是一定要确保倒塌区域内的人员在倒塌发生前，全部疏散到安全区域。

6建筑防火性能设计构想的创新

建筑的防火性能设计是一种新型防火系统的设计思路，在更加理性的条件上建立的一种全新的设计方法。其设计并不是根据一成不变的模式进行，而是应用消防安全工程学的原理和方法，制定整个建筑防火系统应达到的性能标准，针对各类建筑物的实际情况，用所有可能的方法对建筑的火灾危险和将导致的后果进行定性、定量预测和评估，来达到最佳的防火设计方案以及最好的防火保护。防火性能设计是一个比较复杂的体系，它的实现需要社会环境和技术条件的支持。成功的性能化设计不仅更符合建筑物本身的要求，而且在符合安全的前提下，能够为业主节省不必要的消防设备费用，同时是消除一些火灾隐患的有效方法。

7建筑结构防火设计的未来研究趋势

我国目前在结构材料的热反映性能方面研究明显不足；常温结构下的设计还存在精确计算模式选择问题；针对防火材料的热参数随外界变化而应采取的相应的计算方法的研究还很薄弱，有待突破等。以上几个问题其实也代表养建筑结构防火设计的研究方向，概括起来包括以下几个方面。

7.1建筑材料性能

实际上，增强材料自身的耐火抗火性能才是最终提高建筑整体防火性能的根木措施。从材料学来看，混凝土和钢材作为一种材料，在温度的十扰下其性能会发生离散，因此，必须通过对不同的材料进行试验以确定各种材料的基木性能及变化特点，也借此发现在高温下依然体现出优越性能的材料以用作建筑结构。目前的趋势是总结世界范围内各国对高温材料试验结果，利用计算机系统对各种结果建立性能数据库。要增强材料的耐火性能，首先要从材料的分子结构研究做起，可以适当研究出一些耐火的材料，再将这些材料有机的组合起来，应用到实际的建筑设计当中去，做出明显可靠的耐火材料。

7.2高温下建筑结构的可靠性研究

如何在火灾状态下尽快确定结构的可靠性是当前和今后一段时间研究的重点。建筑结构在高温下的耐火性是一个建筑耐火的关键。在建筑的构建过程中，有两个方面可以增强其耐火性能。第一个方面是从建筑材料入手，采用耐火的建筑材料。第二个方面是从建筑结构入手，创造出不易发生火灾或不易火势蔓延的建筑结构。而现在材料己经高度发达，研发新的材料所消耗的人力物力己是非常巨大的。所以，从建筑构造上防火具有相当大的发展空间，今后的防火性建筑结构己成必然。由于发生火灾后火势是向上蔓延的，而且最容易危机火灾区人生命安全的是火灾后的浓烟。因此可以设计出一种建筑结构，可以阻止火灾的向上蔓延，并且采用空心材料，设计出吸烟天花板等等，这都是今后防止火灾的重中之重。

8结语

我国城市化建设不断加快，建筑物层数越来越多，规模越来越大。建筑物火灾呈现出逐年上升趋势，对于建筑结构的抗火性能的研究已经成为一个热点问题，钢筋混凝土被广泛应用在建筑结构当中。建筑结构抗火性能，直接影响火灾下人员疏散成功率。因此，建筑物结构抗火性能十分重要，消防人员制定人员疏散方案时，一定要了解建筑物结构的抗火性能，从而在建筑物结构破坏影响消防通道之前，成功对人员进行疏散。

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